几何光学近似区的相位起伏和幅度起伏

研究了几何光学近似区的相位起伏和幅度起伏.分三种模型:平面波、球面波和高斯光束,Tatarskii给出了平面波的结果,本文进一步给出了球面波和高斯光束的结果.对于平面波和球面波,考虑了在几何光学近似区,发射端的相位扰动如何影响接收端的幅度起伏;对于高斯光束,考虑了发射端自适应光学共轭相位对接收端的幅度起伏的影响.结论是:对于平面波,只有折射率不均匀媒质的相位起伏的曲率项对幅度起伏有贡献,只有发射端的相位扰动的曲率项能影响总体的幅度起伏;对于球面波,折射率不均匀媒质相位起伏的倾斜项和曲率项共同对幅度起伏有贡献,只有发射端相位扰动的曲率项能影响总体的幅度起伏;对于高斯光束,折射率不均匀媒质相位起伏的倾斜项和曲率项共同对幅度起伏有贡献,发射端的自适应光学共轭相位的倾斜项和曲率项共同作用于总体的幅度起伏.     

实时波前处理机中的同步开关噪声抑制

为解决自适应光学实时波前处理机中同步开关噪声问题,本文针对波前处理机电路特点,结合三维全波及电路仿真,对板上电源同步开关噪声来源进行了分析,并研究了去耦电容、分割电源平面及蘑菇型电磁带隙结构对噪声的综合抑制作用．研究结果表明,通过良好的器件布局、合理地进行电源平面分割及在关键器件周围加入去耦电容可降低平面间噪声,蘑菇型电磁带隙结构带宽高截止频率低的特性,具有良好的同步开关噪声抑制作用．针对实时波前处理机进行了仿真,采用系统级和板级噪声抑制措施后,在0～4GHz频带内噪声隔离度达到-52dB,满足处理机的电源完整性要求．     

空间引力波探测望远镜指向偏差地面高精度测量技术研究

星载望远镜是实现空间引力波探测的核心组成部分。由于各星座之间传输距离达到10⁹ m量级,对望远镜指向精度提出了nrad量级的严苛要求,而指向偏差高精度测量和定标就成为实现空间引力波探测星载望远镜高精度指向的前提。为实现星载望远镜指向偏差地面测试及传感器定标需求,本文提出基于哈特曼原理的新型指向偏差高精度测量方法,采用多子孔径空间复用思想降低各类随机误差对测量精度的影响,显著提升了指向偏差测量精度。本文根据传感器参数与指向偏差测量精度之间的定量关系,对哈特曼传感器参数进行了分析优化,并分析了星载望远镜指向偏差测量精度。研究结果表明：采用基于哈特曼原理的多子孔径空间复用方法,可以实现对星载望远镜指向偏差0.62 nrad的高精度测量,为空间引力波探测望远镜地面测试及在轨传感器定标提供了可行途径和参考。

     

一种并行加速改进的快速相位解包裹算法

针对Miguel等人提出的质量图引导相位解包裹算法中串行运算效率较低的缺点,构造了一种多个低可靠度区块并行合并的改进算法。在满足原始算法设计思想的前提下,对解包裹路径进行重新定义,并根据原始算法的解包裹路径非连续的特性,构建了一种低可靠度区块乱序合并的策略,使得多个低可靠度区块的合并任务可以同时进行。改进算法采用多线程软件架构,主线程负责循环遍历未处理的区块,子线程接收待处理的区块执行合并任务。实验结果表明,改进方法与原始算法的处理结果完全一致,而并行改进策略可有效利用计算机多核资源,使得相位解包裹算法的运行效率提高了50%以上。     

大视场地表层自适应光学系统性能评估方法对比分析

在天文大视场高分辨率成像领域,对地表层自适应光学(Ground-Layer Adaptive Optics, GLAO)系统作出准确的理论评估是系统设计与优化的关键前提。在GLAO技术中,地表层湍流特性与导引星布局是影响系统性能的重要因素。针对不同湍流环境与导引星位置分布,基于空间频谱滤波理论和蒙特卡洛方法对GLAO系统进行理论分析与性能评价工作,从而验证两种方法的正确性与准确性。结果表明,两种模型得到的系统校正规律呈现明显的一致性。在一定条件下,两种方法数值模拟偏差最大不超过4.6%。空间频谱滤波原理将系统简化为线性模型,其计算速度更快,便于发现系统特征规律,但是该方法适用于导引星呈对称布局的系统性能分析,不适用于非对称排布的任意导星布局解析分析。蒙特卡洛方法结合真实系统的物理过程进行实时模拟,其导引星布局可以任意设置,对于系统实际运行状态的预测更加准确。在两种分析方法对比的基础上,进一步针对系统布局给出了初步的优化结果,相关工作对未来GLAO系统的设计与优化具有指导意义。     

基于目标照明回光的瞄准误差修正方法精度分析及实验验证

激光发射系统通常受到瞄准误差的影响,使得发射光束的中心偏离靶目标,造成能量传输损失和系统性能下降。激光对目标照明后的散射回光信号可以反映瞄准误差的信息,通过对散射回光信号的测量可以对瞄准误差进行修正来提高激光发射系统的瞄准性能。研究了一种基于目标照明回光的瞄准误差修正方法。利用目标回光信息与瞄准误差的关系,通过随机并行梯度下降(SPGD)算法对瞄准误差进行校正,分析了影响瞄准误差校正精度的因素。实验数据验证了理论分析结果。     

空间引力波星载望远镜测试与评估技术研究进展

在空间引力波探测任务中,星载望远镜承担太空超长干涉光路双向光束准直的重要作用。空间引力波探测对星载望远镜提出了pm级光程稳定性和低于10⁻¹⁰级后向杂散光水平的极高要求。超高水平指标要求超过了当前测试技术的精度极限,因此,针对星载望远镜发展测试与评估技术并开展系统超高精度测试是空间引力波探测计划成功的重要前提。本文在概述国内外在研的空间引力波探测星载望远镜研制情况的基础上,重点围绕星载望远镜的核心技术指标——光程稳定性和后向杂散光,介绍了在研望远镜的测试技术发展现状和已经取得的部分测试成果,以及各研究单位进一步的测试计划,为我国的空间引力波探测的星载望远镜测试与评估技术发展提供参考。

     

弱光61单元自适应光学系统的校正有效性分析

基于Ｚｅｒｎｉｋｅ多项式模式复原原理,分别就光学系统静态误差和大气湍流扰动引起的动态波前误差两种情况,定义了静态模式因子和动态模式因子两个变量,用来分析弱光６１单元自适应光学系统的校正有效性。     

自适应光学系统中高精跟踪回路性能在线分析

在自适应光学系统中,高精跟踪回路的闭环误差由未完全补偿的跟踪残余误差和倾斜噪声误差组成。利用高精跟踪回路闭环残余倾斜数据和电压数据,可以计算高精跟踪回路的跟踪残余误差、倾斜噪声以及开环倾斜误差。基于此种方法对1．2m望远镜61单元白适应光学系统中高精跟踪回路的性能进行了在线分析。分析结果表明,系统引入的噪声随着所观测恒星星等的增加而增加．     

压电倾斜镜的高压驱动及高速控制

由于压电倾斜镜的机械谐振会降低自适应光学伺服控制系统的校正带宽,本文研究了补偿压电倾斜镜谐振特性的方法。根据压电倾斜镜机械谐振频率特性的动态模型和实测数据,提出了利用压电倾斜镜高压驱动器中现有的可编程逻辑门阵列(FPGA)设计多阶双二次型数字滤波器来优化系统的动态频率响应特性。基于多阶双二次型数字滤波器,高压驱动器能实时补偿驱动对象的频率特性,完成压电倾斜镜的正谐振和反谐振的同时补偿。将其与压电倾斜镜作为一体,可实现平坦的幅频特性,从而避免机械谐振,提高伺服控制带宽。实验结果表明:相对于传统的高带宽高压驱动器,提出的具有频率特性补偿功能的高带宽高压驱动器可在同样超调量下使系统误差带宽从56 Hz提高到了80 Hz,并且低频抑制能力也得到提高。实验显示提出的具有频率特性补偿功能的高带宽高压驱动器更适合压电倾斜镜的高速动态应用。